ES2959309T3 - Batería de melanina de estado sólido - Google Patents

Abstract

Se proporciona una batería de estado sólido. La batería incluye una estructura de melanina formada por al menos un material de melanina incrustado en un material inerte, y una primera y segunda bandas metálicas que sirven como primer y segundo electrodo, respectivamente. El material de melanina se selecciona del grupo que consiste en melanina, precursores de melanina, derivados de melanina, análogos de melanina y variantes de melanina. No es necesario recargar ni recargar la batería de estado sólido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Batería de melanina de estado sólido

Antecedentes de la invención

Las realizaciones de la presente invención se refieren a una batería que requiere carga de nuevo o recarga mediante una fuente de energía y, más particularmente, una batería que obtiene la energía necesaria de la luz circundante (visible e invisible) y transforma esta energía lumínica en energía química mediante la disociación y recombinación de la molécula de agua.

Un problema importante en el campo energético hoy en día es que las baterías, ya sean primarias o secundarias, para la energización de aplicaciones móviles puede causar contaminación al medio ambiente. Asimismo, tales baterías convencionales se deben recargar conectándolas a una fuente de alimentación.

La pila voltaica, inventada por Alessandro Volta en 1800, fue la primera batería eléctrica; es decir, el primer método práctico de generación de electricidad. La pila voltaica se elabora alternando discos de metal de zinc y cobre con trozos de cartón empapados en salmuera entre los discos de metal, dando como resultado la generación de una corriente constante de electricidad.

A medida que avanzaba el conocimiento, se crearon tipos más diversos de baterías. En 1836, Daniel Cell inventó la celda Daniel que usa dos electrolitos: sulfato de cobre y sulfato de zinc. La batería de la celda Daniel, que produce aproximadamente 1,1 voltios, se usó para alimentar objetos, tales como telégrafos, teléfonos y timbres. La batería de la celda Daniel siguió siendo popular en los hogares durante más de 100 años.

En 1839, William Robert Grove desarrolló la primera celda de combustible, que producía corriente eléctrica mediante la combinación de hidrógeno y oxígeno.

El inventor francés, Gaston Plante, desarrolló la primera batería de ácido de almacenamiento práctica que se podía recargar (es decir, una batería secundaria). Este tipo de batería se usa principalmente en los automóviles en la actualidad.

El ingeniero francés, Georges Leclanche, patentó la batería de celda húmeda de carbono y zinc denominada celda Leclanche. La celda Leclanche original se montó en un recipiente poroso, con un electrodo positivo formado por dióxido de manganeso triturado mezclado con una pequeña cantidad de carbono y un electrodo negativo formado por una varilla de zinc insertada en el material empaquetado del electrodo positivo para actuar como colector de corriente. A continuación, se sumergieron el ánodo o la varilla de zinc y el recipiente en una solución de cloruro de amonio. La solución de cloruro de amonio sirvió como electrolito. A continuación, Georges Leclanche mejoró adicionalmente su diseño mediante la sustitución de la solución de pasta de cloruro de amonio por un electrolito líquido e inventó un método de sellado de la batería, inventando, de este modo, la primera celda seca, un diseño mejorado que ahora se podía transportar.

En 1881, J.A. Thiebaut patentó la primera batería con tanto el electrodo negativo como el recipiente poroso colocados en un vaso de zinc.

Asimismo, en 1881, Carl Gassner inventó la primera celda seca comercialmente exitosa (celda de zinc y carbono).

En 1889, Waldmar Jungner inventó la primera batería recargable de níquel y cadmio.

En 1901, Thomas Alva Edison inventó la batería de almacenamiento alcalina. La celda alcalina de Thomas Edison incluía hierro como material anódico y óxido de níquel como material catódico.

En 1949, Lew Urry desarrolló la pequeña batería de álcali y manganeso. Las baterías alcalinas duran entre cinco y ocho veces más que sus predecesoras, las celdas de zinc y carbono.

En 1954, Gerald Pearson, Calvin Fuller y Daryl Chapin inventaron la primera batería solar. Una batería solar convierte la energía del sol en electricidad. Los inventores crearon una serie de varias tiras de silicio (cada una de aproximadamente el tamaño de una hoja de afeitar), las colocaron a la luz del sol, capturaron los electrones libres y los convirtieron en corriente eléctrica. Esto se conoció como batería solar Bell. La primera prueba de servicio público de la batería solar Bell comenzó con un sistema de operador telefónico el 4 de octubre de 1955.

En términos generales, una batería (que es una celda eléctrica) es un dispositivo que produce electricidad a partir de una reacción química. Estrictamente hablando, una batería consiste en dos o más celdas conectadas en serie o en paralelo, pero el término se usa generalmente para una celda individual. Una celda consiste en un electrodo negativo, un electrodo positivo, un separador (también conocido como conductor de iones) y un electrolito que conduce iones. El electrolito puede ser acuoso (es decir, compuesto de agua) o no acuoso y puede estar en forma de un líquido, una pasta o un sólido. Cuando la celda está conectada a una carga externa, o a un dispositivo que se va a alimentar, el electrodo negativo suministra una corriente de electrones que fluyen a través de la carga y son aceptados por el electrodo positivo. Cuando se retira la carga externa, cesa la reacción.

Una batería primaria puede convertir sus sustancias químicas en electricidad únicamente una vez y, a continuación, se debe desechar. Los electrodos de una batería secundaria, por otro lado, se puede reconstituir mediante el paso de nuevo de electricidad a través de los electrodos y, por tanto, la batería secundaria se puede volver a usar muchas veces. Tales baterías secundarias son bien conocidas como baterías de almacenamiento o recargables.

Los sistemas fotovoltaicos convierten la energía lumínica en electricidad y se conocen más comúnmente como "celdas solares". Las celdas solares se utilizan en diversas aplicaciones, por ejemplo, para proporcionar electricidad para el bombeo de agua, alimentar equipos de comunicaciones, iluminar casas y hacer funcionar algunos electrodomésticos. La eficiencia de las celdas solares convencionales es de aproximadamente el 6 %-14 %.

Un problema con tales celdas solares convencionales es que estas requieren polisilicio cristalino, cuya fabricación es relativamente cara. Asimismo, el polisilicio cristalino únicamente funciona cuando hay luz solar y, por tanto, el dispositivo alimentado con energía solar, típicamente, también debe tener una batería secundaria para proporcionar energía durante las horas de la noche. La semivida de los sistemas fotovoltaicos es de aproximadamente 3 años.

Una celda de combustible es un dispositivo que convierte la energía química de un combustible en electricidad a través de una reacción química de iones de hidrógeno cargados positivamente con oxígeno u otro agente oxidante. Las celdas de combustible se diferencian de las baterías en que estas requieren una fuente continua de combustible (es decir, hidrógeno) y oxígeno o aire para mantener la reacción química. Por el contrario, en una batería, las sustancias químicas presentes en la batería reaccionan entre sí para generar una fuerza electromotriz (fem). Las celdas de combustible pueden producir electricidad de manera continua siempre y cuando se les suministre combustible y oxígeno/aire. Además de la electricidad, las celdas de combustible producen agua, calor y, dependiendo de la fuente de combustible, cantidades muy pequeñas de dióxido de nitrógeno y otras emisiones. La eficiencia energética de una celda de combustible es, generalmente, entre el 40 % y el 60 %.

Sin embargo, un problema con las celdas de combustible es que se requiere una fuente continua de hidrógeno (es decir, combustible).

El documento US 4366216 A divulga dispositivos y métodos para el almacenamiento de energía eléctrica usando un material polimérico de oxidación-reducción, tal como un polímero de quinona, semiquinona e hidroquinona. En una realización, el material polimérico incluye un polímero de melanina. El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica recargable incluye un par de electrodos espaciados y un material polimérico de oxidación-reducción recubierto sobre los electrodos. El dispositivo de almacenamiento se carga cuando se suministra una corriente eléctrica a los electrodos. A fin de aumentar el gradiente de carga establecido a través del material polimérico, el dispositivo de almacenamiento puede estar formado por una pluralidad de capas de material polimérico, con una pluralidad de laminaciones de barrera dispuestas entre las mismas. Como laminaciones de barrera, se pueden usar materiales, tales como cobre, aluminio, titanio o grafito.

El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica comprende, además, una carcasa que rodea el dispositivo de almacenamiento para proporcionar un sello hermético.

El documento US 2016/049262 A1 se refiere a un dispositivo de almacenamiento de energía que comprende electrodos orgánicos que comprenden cationes y materiales de almacenamiento de energía a base de melanina. Los materiales de almacenamiento unen reversiblemente los cationes mientras el dispositivo está en un estado inactivo. Mientras el dispositivo está en estado activo, los materiales de almacenamiento liberan los cationes para proporcionar energía. Los materiales de almacenamiento a base de melanina pueden comprender una melanina natural y/o una melanina sintética. Los electrodos de melanina se pueden preparar mediante la combinación y el mezclado de melanina con politetrafluoroetileno como aglutinante.

Por consiguiente, resultaría deseable proporcionar una batería de estado sólido que no requiriera recarga y que no necesitara estar conectada a una fuente de energía.

Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos

El sumario anterior, así como la siguiente Descripción detallada de la invención, se entenderán mejor cuando se lean junto con los dibujos adjuntos. A fin de ilustrar la invención, se muestran, en los dibujos, las realizaciones que se prefieren actualmente. Sin embargo, se debe entender que la invención no se limita a las disposiciones y los instrumentos precisos mostrados.

En los dibujos:

la Fig. 1 es una vista en perspectiva de un nanomaterial formado por un material de melanina embebido en un bloque de material inerte de conformidad con una realización de la presente invención;

la Fig. 2 es una vista en perspectiva de un cuerpo de una batería de melanina de estado sólido formada por los nanomateriales mostrados en la Fig. 1;

la Fig. 3 es una vista en perspectiva de una batería de melanina de estado sólido de conformidad con una realización de la presente invención;

la Fig. 4 es una vista en perspectiva de la batería de melanina de estado sólido mostrada en la Fig. 3, envuelta en una película inerte;

la Fig. 5 es una vista en perspectiva de una pila de baterías de melanina de estado sólido;

la Fig. 6 es una vista en perspectiva de una pila de estructuras de melanina;

la Fig. 7 es una vista en perspectiva de una batería formada por la pila de estructura de melanina mostrada en la Fig. 6, de conformidad con una realización de la presente invención;

la Fig. 8 es una vista en perspectiva de una batería formada por una pila de estructuras de melanina de conformidad con una realización de la presente invención;

la Fig. 9 es una vista en perspectiva de una batería formada por la pila de estructura de melanina mostrada en la Fig. 6, de conformidad con otra realización de la presente invención; y

la Fig. 10 es una vista lateral que muestra un conjunto para la producción de gas de hidrógeno y oxígeno usando una estructura de melanina, de conformidad con una realización de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

A menos que se defina otra cosa, todas las expresiones y los términos técnicos y científicos usados en el presente documento tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto habitual en la materia a la que pertenece la presente invención. Por otra parte, determinadas expresiones y términos usados en el presente documento tienen los significados expuestos en la memoria descriptiva.

Se debe señalar que, tal como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones adjuntas, las formas en singular "un", "uno/a" y "el/la" incluyen las referencias en plural, a menos que el contexto dicte claramente otra cosa.

Tal como se usa en el presente documento, la expresión "material de melanina" se refiere a melanina sintética, eumelanina, feomelanina, neuromelanina, alomelanina y sepiomelaninas.

Tal como se usa en el presente documento, la expresión "material inerte", cuando se usa en referencia a un material para embeber al menos un material de melanina, se refiere a cualquier material que sea compatible con la melanina, pero que no reaccione químicamente con la melanina. Preferentemente, el material inerte es un material que no se disuelve en agua. Los ejemplos de materiales inertes son el silicio, la sílice, el calcio, el aluminio y el polietileno.

En una realización, la invención se refiere a una celda solar o celda fotovoltaica (también conocida como batería solar) que es un dispositivo eléctrico que convierte la energía de la luz directamente en electricidad. La celda solar de la presente invención funciona para producir hidrógeno por sí sola.

La celda solar comprende una pluralidad de nanomateriales 10 de melanina. Más particularmente, cada nanomaterial 10 comprende un material de melanina 12 sostenido o embebido dentro de una forma inerte 14, tal como se muestra en la Fig. 1.

También se descubrió recientemente la capacidad intrínseca de la melanina para absorber energía y utilizar la energía absorbida para catalizar la electrólisis del agua en hidrógeno y oxígeno. En particular, se halló que al dividir la molécula de agua por la melanina, se puede producir la reacción inversa, reformando, en consecuencia, la molécula de agua y liberando energía. Por tanto, la melanina absorbe todas las longitudes de onda de la energía electromagnética, incluyendo la energía lumínica visible e invisible, y disipa esta energía absorbida por medio de la disociación del agua y su consiguiente reformación, produciendo, de este modo, energía química. Un proceso fotoelectroquímico para la generación de energía usando melanina o análogos, precursores, derivados o variantes de melanina se describe en la patente estadounidense n.° 8.455.145.

La melanina es omnipresente en la naturaleza y está compuesta de nitrógeno, oxígeno, hidrógeno y carbono. Durante muchos años, a la melanina no se le atribuía ninguna función biológica o fisiológica, además de considerarse un simple protector solar con un factor de protección bajo equivalente al de una solución de sulfato de cobre al 2 %. La melanina también ha sido considerada la molécula más oscura conocida porque puede absorber energía de casi cualquier longitud de onda, no obstante, no parecía emitir ninguna energía. Esto era exclusivo de la melanina y contradecía las leyes termodinámicas porque otros compuestos que pueden absorber energía, particularmente los pigmentos, emiten una parte de la energía absorbida. Por tanto, las propiedades electrónicas de la melanina han sido el centro de atención durante bastante tiempo. Sin embargo, la melanina es uno de los compuestos más estables conocidos por el ser humano y, durante mucho tiempo, parecía que la melanina no podía catalizar ninguna reacción química.

Sin desear quedar ligados a ninguna teoría, por ejemplo, se cree que la reacción dentro de la melanina se produce de acuerdo con el siguiente Esquema I:

melanina

2H2O IUZ*----------*■2Hz 02+4e (I)

Tras la absorción de energía electromagnética, tal como la energía lumínica (visible o invisible), la melanina cataliza la disociación del agua en hidrógeno diatómico (H2), oxígeno diatómico (O2) y electrones (e-). Aunque la división del agua en hidrógeno y oxígeno consume energía, la reacción es reversible y, en el proceso inverso, la reducción de átomos de oxígeno con hidrógeno diatómico para reformar las moléculas de agua libera energía, tal como se ha analizado anteriormente.

Por tanto, la melanina puede transformar la energía lumínica en energía química, de manera análoga al proceso mediante el que las plantas usan el pigmento clorofila para transformar la energía lumínica en energía química durante la fotosíntesis. Por lo tanto, por analogía, este proceso se ha denominado "fotosíntesis humana". Sin embargo, una distinción importante entre la reacción de división del agua llevada a cabo por la melanina y la llevada a cabo por la clorofila es que la reacción de división del agua por la clorofila únicamente se puede producir en una celda viva y con luz visible que tenga una longitud de onda en el intervalo de 400 nm a 700 nm. Por el contrario, la melanina puede dividir y reformar la molécula de agua fuera de una celda viva usando cualquier forma de energía electromagnética, particularmente con energía lumínica (visible o invisible) que tenga una longitud de onda en el intervalo de 200 nm a 900 nm para formar H2 y O2.

Preferentemente, el material de melanina 12 se embebe dentro de la forma inerte 14 de cada nanomaterial 10, de tal manera que el material de la forma inerte 14 sirve como barrera entre el material de melanina 12 y el entorno inmediato para preservar la integridad física y química del material de melanina. Preferentemente, la forma inerte 14 está formada de un material poroso. Los poros tienen preferentemente un tamaño que permite únicamente el paso de agua y gas a su través.

En una realización, cada nanomaterial 10 puede incluir solo un tipo o forma de material de melanina 12 o más de un tipo o forma de material de melanina 12.

De acuerdo con la invención, el al menos un material de melanina se selecciona del grupo que consiste en eumelanina, feomelanina, neuromelanina, alomelanina, sepiomelaninas y melanina sintética. Se puede usar cualquier método conocido en la técnica en vista de la presente divulgación para obtener un material de melanina. Por ejemplo, los materiales de melanina se pueden sintetizar químicamente o aislar de fuentes naturales, tales como plantas y animales. La melanina también se puede sintetizar a partir de aminoácidos precursores de la melanina, tales como la L-tirosina. El material de melanina también se puede obtener de fuentes comerciales.

La forma inerte 14 del nanomaterial 10 es preferentemente estable y no reactiva. Por ejemplo, el material de la forma inerte 14 puede ser el silicio, la sílice, el calcio, el aluminio, el plástico (por ejemplo, y polietileno), el vidrio o cualquier mezcla de los mismos. Preferentemente, la forma inerte 14 está formada por una mezcla de calcio, aluminio y sílice, de tal manera que el nanomaterial 10 es una mezcla de calcio, aluminio y sílice con al menos un material de melanina 12 embebido en el mismo.

En una realización, el material de melanina 12 es preferentemente del 1 % al 3 % en volumen del volumen total del nanomaterial 10. La cantidad de material de la forma inerte 14 en el nanomaterial 10 es preferentemente del 91 % al 99 % en volumen del volumen total del nanomaterial 10 y, más preferentemente, del 97 % al 99 % en volumen.

El al menos un material de melanina 12 se puede embeber en la forma inerte 14 mediante cualquier medida adecuada conocida o aún por desarrollar. En una realización, el material de melanina 12 se embebe en la forma inerte 14 mediante adhesión. En otra realización, el material de melanina 12 se embebe en la forma inerte 14 mediante compresión.

La solución de melanina usada para preparar cada nanomaterial 10 tiene preferentemente una concentración de melanina de 3 mg/ml. Sin embargo, se entenderá que se puede usar una concentración de melanina más baja o una concentración de melanina más alta (por ejemplo, para su uso en áreas de menor luz solar), según sea necesario, para efectuar la absorción de luz deseada. También se entenderá que los nanomateriales 10 se pueden elaborar en cualquier forma.

Una estructura de melanina 16 está formada por una pluralidad (preferentemente, miles) de los nanomateriales 10, tal como se muestra en la Fig. 2. La estructura de melanina 16 define un cuerpo de la batería 20. De acuerdo con las realizaciones de la invención, la estructura de melanina 16 puede adoptar cualquier tamaño o forma, incluyendo, pero sin limitación, una varilla (cilíndrica), una placa, una esfera o una forma de cubo.

La tasa de producción de hidrógeno diatómico (H2) dependerá de una diversidad de factores y se puede controlar mediante la variación de, por ejemplo, el tamaño, la forma y el área superficial de los nanomateriales 10 o la estructura de melanina 16, la cantidad de material de melanina en los nanomateriales 10 y/o el número de nanomateriales 10 o estructuras de melanina 16 presentes en la batería 20.

Seguidamente, tal como se muestra en la Fig. 3, en una realización, la estructura de melanina 16 está provista de al menos una primera y segunda bandas metálicas 18 que sirven como primer y segundo electrodos, respectivamente, para formar la batería 20 de melanina de estado sólido. Las bandas metálicas 18 pueden estar elaboradas de cualquier metal adecuado para la formación de un electrodo. Preferentemente, las bandas metálicas 18 están elaboradas de uno o más de Ag, Al, Co, Au o una aleación de los mismos. Todas las bandas metálicas 18 pueden estar elaboradas del mismo metal o de metales diferentes. Por ejemplo, las bandas metálicas 18 pueden estar formadas por una cinta metálica. Preferentemente, las bandas metálicas 18 rodean completamente la estructura de melanina 16 (es decir, en ambos lados) y están firmemente adheridas a la misma. Sin embargo, se entenderá que las bandas 18 pueden rodear solo parcialmente la estructura 16. Asimismo, las bandas metálicas 18 están preferentemente alineadas entre sí. La batería de melanina 20 también incluye un hilo conductor o cable metálico 22 unido o acoplado a un respectivo electrodo 18. En una realización, los hilos 22 son de diferentes colores.

En una realización, se puede aplicar una solución viscosa (no mostrada) que contiene electrolitos a la interfaz entre las bandas metálicas 18 y la estructura de melanina del nanomaterial 16, con el fin de facilitar el desplazamiento de los electrones desde los nanomateriales 10 hasta la banda metálica 18. Como alternativa, en la interfaz, se puede aplicar un material en forma de pequeñas capas de grafito. Se entenderá que cualquier material que facilite un aumento en la salida de tensión se puede usar y aplicar en la interfaz entre los electrodos 18 y el cuerpo 16 de la batería.

La salida de la batería 20 depende de múltiples factores, tales como, por ejemplo, el tamaño y la composición de la batería 20, la naturaleza de los electrodos 18, las horas de uso, la temperatura, la presión, etc.

En una realización, se halló que una batería 20 con dimensiones de 12 cm x 6 cm x 7 cm genera una salida de corriente continua de entre 300 mV y 1,4 voltios y, más preferentemente, entre 400 mV y 1,4 voltios y una tensión de corriente alterna de aproximadamente 1,5 a 2,1 voltios, preferentemente de aproximadamente 2 voltios y más preferentemente de 1,9 voltios. Por tanto, la batería 20 de la presente invención tiene un comportamiento electrónico único, ya que puede generar corriente continua y también corriente alterna.

Tal como se muestra en la Fig. 4, cada batería 20 está preferentemente encerrada dentro de una cubierta inerte 24. Preferentemente, la cubierta inerte 24 está formada por un material plástico y transparente. Por ejemplo, la cubierta inerte 24 puede estar formada de polietileno de alta densidad. Se sigue dejando que los hilos 22 metálicos soldados a las bandas metálicas 18 sobresalgan de, y más particularmente a través de, la cubierta inerte 24.

Por consiguiente, se pueden apilar una pluralidad de baterías 20 entre sí, tal como se muestra en la Fig. 5, con el fin de lograr una salida de tensión más alta, según se desee.

En otra realización, tal como se muestra en las Fig. 6-7, una pluralidad de estructuras de melanina 16, opcionalmente, encerradas dentro de la cubierta inerte 24, se apilan junto con al menos una placa metálica o sustrato 26 posicionado entre cada estructura de melanina 16, formando, de este modo, una batería 30. Las placas metálicas 26 funcionan como electrodos. Cada placa metálica 26 puede estar elaborada del mismo metal o de un metal diferente (por ejemplo, uno o más de Ag, Al, Co, Au o una aleación de los mismos). En una realización, tal como se muestra en la Fig. 7, las delgadas placas metálicas 26 cubren toda la superficie de la estructura de melanina 16 adyacente. La batería 30 genera preferentemente una salida de corriente continua de entre 300 mV y 600 mV y una tensión de corriente alterna de entre 2 y 4 voltios.

En otra realización, tal como se muestra en la Fig. 8, una pluralidad de estructuras de melanina 16, opcionalmente, encerradas dentro de la cubierta inerte 24, se apilan entre sí con placas metálicas 26 delgadas entre las mismas, pero las delgadas placas metálicas 26 no cubren toda la superficie de cada estructura de melanina 16 adyacente. Más bien, se proporciona una pluralidad de placas metálicas 26 delgadas espaciadas entre sí y cada placa metálica 26 cubre solo una parte del área superficial de cada estructura de melanina 16 adyacente, formando, de este modo, una batería 40. De nuevo, cada placa metálica 26 puede estar elaborada del mismo metal o de un metal diferente (por ejemplo, uno o más de Ag, Al, Co, Au), y funciona como electrodo.

Se entenderá que las dimensiones de las estructuras de melanina 16 y las placas metálicas 26 se pueden establecer según sea necesario para lograr la salida de tensión deseada. En un ejemplo, cada estructura de melanina 16 tiene una longitud de aproximadamente 3 a 10 cm (preferentemente 10 cm), una anchura de aproximadamente 2 a 5 cm (preferentemente 5 cm) y un espesor de aproximadamente 15 mm. En un ejemplo, cada placa metálica 26 tiene una longitud de aproximadamente 3 a 10 cm, una anchura de aproximadamente 2 a 5 cm y un espesor de aproximadamente 100 |jm. Por ejemplo, las longitudes y anchuras de las estructuras de melanina 16 y las placas metálicas 26 pueden ser las mismas.

Dependiendo de cómo estén conectados los electrodos 26, la salida de tensión de la batería 40 se puede variar. Por ejemplo, si los electrodos 26 que son "1" y "2" están conectados, la batería 40 genera una salida de corriente continua de entre 300 mV y 600 mV y una tensión de corriente alterna de entre 2 y 4 voltios. Si, sin embargo, los electrodos marcados "1" y "3" están conectados, la batería 40 genera una salida de corriente continua de entre 0,6 V y 1,2 V y una tensión de corriente alterna de entre 12 y 25 voltios.

En una realización, tal como se muestra en la Fig. 9, las placas metálicas 26 están provistas de material magnético y, más particularmente, de uno o más imanes 27. Por ejemplo, se puede posicionar un imán 27 sobre una superficie externa de cada placa metálica 26 posicionada entre las estructuras de melanina 16. Preferentemente, los imanes 27 están elaborados de neodimio, pero se entenderá que se puede usar cualquier material de suficiente potencia magnética. En una realización, cada imán 27 tiene una forma generalmente cilindrica. En una realización, cada imán 27 cilindrico tiene una altura de 5 mm y un diámetro de 5 mm.

La inclusión de tales imanes 27 aumenta la tensión producida por la batería 20, 30, 40. Por ejemplo, la tensión de corriente alterna se puede aumentar aproximadamente de 3 a 40 voltios y, más preferentemente, de 20 a 25 voltios. En particular, en los casos en los que las placas metálicas 26 están formadas de cobre y se usan imanes 27 de neodimio, la tensión de corriente alterna aumenta en aproximadamente 3 voltios. Cuando las placas metálicas 26 están formadas de aluminio y se usan imanes 27 de neodimio, la tensión de corriente alterna aumenta en aproximadamente 40 voltios.

Una ventaja de las baterías 20 basadas en melanina de estado sólido es que las baterías 20 son muy manipulables, sin riesgo de derrame (aunque la melanina no es tóxica). Dado que la melanina absorbe cualquier tipo de energía y la disipa separando la molécula de agua, las baterías 20 de la invención no necesitan recargarse de ninguna manera y no es necesario conectarlas a una fuente de alimentación. Asimismo, las estructuras de melanina 16 preferentemente no experimentan ningún aumento de temperatura.

En otra realización, tal como se muestra en la Fig. 10, cada estructura de melanina 16 tiene una alta concentración de melanina, preferentemente del 3 al 30 % en peso de melanina. Cuando tal estructura de melanina 16 se sumerge en agua, se obtiene un fuerte flujo 52 de hidrógeno y oxígeno a partir de la estructura de melanina 16, porque la melanina cataliza la disociación del agua, tal como se ha descrito anteriormente. Específicamente, se coloca una estructura de melanina 16 de alta concentración en un recipiente 50 lleno de agua. El recipiente puede estar elaborado de cualquier material inerte conocido, tal como, por ejemplo, un vidrio inerte o un plástico inerte. Mediante la disociación del agua catalizada por la estructura de melanina 16, se forman burbujas 52 de hidrógeno y oxígeno. Por ejemplo, mediante este método y sistema, se llena un recipiente de 50 ml de burbujas de hidrógeno y oxígeno en 30 minutos.

Preferentemente, el recipiente 50 está equipado con una tapa 54 para sellar el recipiente 50 del entorno circundante. Preferentemente, el recipiente 50 se llena con tal nivel de agua que está presente un espacio de cabeza 56 entre la superficie del nivel del agua y la tapa 54. El espacio de cabeza 56 sirve como espacio de almacenamiento dentro del recipiente 50 para las burbujas de hidrógeno y oxígeno. En una realización, la tapa 54 está equipada con un tubo u otro conducto 58. Un extremo del conducto 58 está en comunicación con el interior del recipiente 50, mientras que el otro extremo del conducto 58 está en comunicación con un dispositivo de almacenamiento, una celda de combustible o cualquier otro componente 60 que pueda utilizar un suministro de gases de hidrógeno y oxígeno.

Aquellos expertos en la materia apreciarán que la presente invención no se limita a las realizaciones particulares divulgadas, sino que se pretende abarcar las modificaciones que se encuentren dentro del ámbito de protección que se determinará mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Una batería de estado sólido, que comprende:

una estructura de melanina formada por al menos un material de melanina embebido en un material inerte; y una primera y segunda bandas metálicas que sirven como primer y segundo electrodos, respectivamente, en donde el material de melanina se selecciona del grupo que consiste en eumelanina, feomelanina, neuromelanina, alomelanina, sepiomelaninas y melanina sintética;

en donde el material inerte se selecciona del grupo que consiste en silicio, sílice, calcio, aluminio, plástico y vidrio; y

en donde no es necesario recargar ni cargar de nuevo la batería de estado sólido.

2. La batería de estado sólido de acuerdo con la reivindicación 1, en donde una pluralidad de las baterías de estado sólido están apiladas una sobre otra para formar un conjunto de batería, dependiendo el número de baterías de estado sólido de la tensión requerida.

3. La batería de estado sólido de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material inerte es un material poroso.

4. La batería de estado sólido de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los electrodos están elaborados de uno o más metales seleccionados del grupo que consiste en Ag, Al, Co, Au y una aleación de los mismos.

5. Una pila de baterías de alta tensión, que comprende:

una pluralidad de estructuras de melanina de estado sólido, estando cada estructura de melanina de estado sólido formada por al menos un material de melanina embebido en un material inerte; y

una placa metálica posicionada entre cada estructura de melanina de estado sólido, siendo cada placa metálica un electrodo,

en donde el material de melanina se selecciona del grupo que consiste en eumelanina, feomelanina, neuromelanina, alomelanina, sepiomelaninas y melanina sintética;

en donde el material inerte se selecciona del grupo que consiste en silicio, sílice, calcio, aluminio, plástico y vidrio; y

en donde no es necesario recargar ni cargar de nuevo la pila de baterías de alta tensión.

6. La pila de baterías de alta tensión de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el material inerte es un material poroso.

7. La pila de baterías de alta tensión de acuerdo con la reivindicación 5, en donde cada electrodo está elaborado de uno o más metales seleccionados del grupo que consiste en Ag, Al, Co, Au y una aleación de los mismos.

8. La pila de baterías de alta tensión de acuerdo con la reivindicación 5, en donde cada estructura de melanina está encerrada dentro de una cubierta inerte.

9. La pila de baterías de alta tensión de acuerdo con la reivindicación 5, en donde cada electrodo incluye un imán.

10. La pila de baterías de alta tensión de acuerdo con la reivindicación 9, en donde cada imán es un imán de neodimio.